基于节能减排的火电厂热工自动化设计及应用

傅彬

摘 要：随着我国社会经济的快速发展，城市和企业对电力的需求也在不断增加，这对我国能源企业的电能供应也提出了更高的要求。与此同时，在绿色经济发展的大环境下，作为我国电力供应主体的火电厂要厉行节能减排的理念。面对严峻的能源供应形势，火电厂基于节能减排的热工自动化受到了各界的广泛关注。

关键词：节能减排；火电厂；热工自动化；能源

中图分类号：TM621 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）24-0071-02

由于我国的能源主体是煤炭资源，所以，在很长一段时间里，我国以煤炭为主要能源的现状是不会改变的，这也就意味着煤炭燃烧对环境造成的污染和火电企业对能源的大量消耗将会持续下去。长此以往，这种情况会严重制约我国的可持续发展，所以，在火力发电领域大力推行节能减排具有非常重要的意义。本文详细地阐述了热工自动化设计，并简要分析了火力发电厂节能减排工作。

1 优化热力系统的设计

1.1 采用优化控制软件

在火电厂的运行过程中，因为使用煤炭而产生的废气、废渣排放量是非常庞大的。在火电厂主机运行的过程中，如果能够借助先进的技术改进协调系统，即使只提前1 s的调节时间，提高1个单位的控制精度，从各个细节上降低机组煤耗，减少煤炭能源的使用量，都会进一步减少废气、废渣的排放量。实践证明，在火电厂运行过程中，利用先进技术优化协调系统，可以有效调节CFB锅炉的热力系统。如果能够在运行协调过程中提高火电厂主锅炉的技术指标，对提升发电机组的效率、降低耗煤量、减少污染物的排放量有非常重要的作用。因此，在设计火电厂的热力系统时，要将先进的控制技术融入设计理念中，把先进的算法软件加入协调系统中，以提高火电厂的运行效率。

1.2 实行机组负荷经济分配

在火力发电厂的运行过程中，传统的自动发电控制要求电网调度、控制各台单位机组的直接目标负荷，主要的实现方式是利用单独接线的方式把电厂端的机组DCS与远程终端连接起来，实行实时监控。在电厂的运行活动中，之所以要采用这种控制方式，主要是出于保护电网供电和电厂发电安全的目的，这对电厂节能减排工作的进行并没有明显的帮助。随着电力领域内部改革的深入，厂网分开经营，传统自动发电控制已经没有了继续存在的必要。这时，电厂应该借助这个机会，从节能减排的角度出发，建立自己的自动发电控制系统，并将这一系统与现代化厂级监控信息系统结合起来，既监控了发电厂内部的发电活动，又保证了电厂与上级电网之间的有效联系。

在火电厂运行活动中，每天的发电量都是有规定的。当电厂内部的发电控制系统建成后，火电厂可以根据整个电厂的发电任务和各个发电机组的运行状况，为每台发电机组配置不同的发电任务，让发电机组始终处于能源使用量和废气配方量最优化的高效运行状态。这种运行状态不仅能够保证电力生产的稳定性，还能保证在电厂运行过程中，能源消耗和污染物排放始终处于系统控制的最佳状态。

2 节能减排新技术的应用

2.1 提高等离子点火的可靠性

等离子点火技术具有环保效益明显的优点，其本身存在技术优越性和环保优越性，所以，被广泛应用于我国的火电厂中。在传统的锅炉点火过程中，煤炭的质量对点火系统的运行有非常重要的影响。当遇到穷煤、烟煤、褐煤等劣质煤时，传统的点火系统就不能有效点火。而最新的等离子点火技术使用了集开放式磁稳与机械、电磁压缩于一体的复合结构等离子发生器，其功率连续、可调，可成功地点燃贫煤、烟煤和褐煤。应用这项技术，不仅成功地提高了火电厂锅炉的运行效率，还降低了火电厂用煤的门槛。等离子点火系统材料是具有高导热、高导电和不易氧化的特殊合金，阴极材料是由特殊合金材料组合而成的。采用强化冷却结构具有较长的使用寿命，因为在设计活动中采用了模块化的设计方式，所以，更换、维护工作都很方便。如果采用特殊合金的阴、阳极，将空气作为等离子载体，则不需要专供惰性气体保护电极，这样既简化了系统，又大幅减少了运行费用。

2.2 单元机组控制与脱硫、脱硝的融合

在火电厂的运行活动中，大多数火电厂会选用烟气石灰石湿法脱硫。随着国内节能减排形势的日益严峻，脱硫系统是后期独立安装的，所以，它与火电厂的控制系统是2个独立的系统，相互之间的联系仅靠简单的数据接线实现。而有的火电厂脱硫控制系统与电厂总控系统没有联系，相互之间的协作主要依靠人工方式实现。这种利用简单的连线和人工控制方式实现火电厂总控系统与脱硫系统之间联系，会严重影响二者之间的信息交互，不仅会让火电厂的总体控制能力有所下降，还会影响火电厂排放物脱硫的效果。

在火电厂的运行中，除了会产生硫化物污染外，硝污染也是非常严重的，所以，在火电厂运行活动中，要加强对污染物排放的综合治理，不仅要采取切实可行的措施降低废气中的硫含量，还要降低其中的硝含量。当前，尿素法是中和废气中硝元素的有效方法。利用尿素脱硝热解炉可以完成废气的脱硝活动。

2.3 编制技术规范

变频控制技术是一种针对电器运行状态，以调整频率实现控制的方式。因为它能够在电器运行过程中优化能源配置，所以，被广泛应用于节能减排领域。鉴于变频控制技术本身的技术特点，可以预见其在火力发电领域的应用能够极大地降低火电厂的能源消耗，提高火电厂的运行效率。例如，安徽省某火力发电厂660 MW机组，2台凝结水泵采用一拖二的高压变频器实现调速控制。在运行过程中，可以根据火电厂主机的运行效率调整凝结水泵的运行速度，在保证整个电力生产系统安全、稳定运行的基础上，最大限度地降低凝结水泵的能源消耗。按全年平均负荷的4/5计算，基于变频控制技术的凝结水泵要比原来的定速泵减少452.5 kW的电能消耗，如果全年运行5 000 h，则该电厂全年仅凝结水泵变频控制改进这一项就节省了22 652 kW·h的电能消耗。由此可见，变频烤制技术在火电厂中的应用是切实可行的，它能够有效降低电厂的能源消耗，提高电厂的运行效率。

在火电厂运行的过程中，变频技术的优势还体现在提高火电厂运行控制的稳定性上。火电厂的电力生产活动是一项系统性的活动，在生产过程中，各个环节要紧密配合才能将生产活动完成好，才能提高火电厂的生产效率。所以，在火力发电技术发展的过程中，提高对发电过程的可控性一直是发展的主要目标，而变频技术在大型辅机中的应用能够有效提高大型辅机的控制精度和数字化水平。利用变频技术的电厂控制主体，可以根据电厂的运行状态及时调整辅机的运行状态，这样做不仅能够保证整个火电系统始终处在稳定的运行状态，在特殊情况下，使用大型辅机变频技术还能在整个火电系统中起到“四两拨千斤”的作用。

3 结束语

随着我国经济建设逐渐向集约型经济发展，在以煤炭为主要燃料的火力发电厂的运行过程中，对节能减排的需求愈发强烈。本文从优化热力系统的设计和节能减排技术的应用角度出发，提出了采用优化控制软件、实行机组负荷经济分配、提高微油点火和等离子点火的可靠性、单元机组控制与脱硫融合、编制大型辅机变频控制技术规范等4项措施，以期为日后火电企业的节能减排工作提供借鉴和技术支持。

参考文献

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〔编辑：白洁〕